Оптопари, які з'єднують схеми, використовуючи оптичні сигнали як середовище, є елементом, що активно використовується в галузях, де висока точність є необхідною, таких як акустика, медицина та промисловість, завдяки своїй високій універсальності та надійності, таким як довговічність та ізоляція.
Але коли і за яких обставин працює оптрон, і який принцип його дії? Або коли ви фактично використовуєте оптрон у власній електроніці, ви можете не знати, як його вибрати та використовувати. Оскільки оптрон часто плутають з «фототранзистором» та «фотодіодом». Тому в цій статті буде розглянуто, що таке оптрон.
Що таке оптопара?
Оптрон — це електронний компонент, етимологія якого — оптичний.
з'єднувач, що означає «з'єднання зі світлом». Іноді його також називають оптопара, оптичний ізолятор, оптична ізоляція тощо. Він складається з світловипромінювального елемента та світлоприймального елемента, і з'єднує вхідну та вихідну схеми за допомогою оптичного сигналу. Між цими схемами немає електричного з'єднання, іншими словами, вони знаходяться в стані ізоляції. Тому з'єднання схеми між входом і виходом є окремим, і передається лише сигнал. Надійно з'єднуйте схеми зі значно різними рівнями вхідної та вихідної напруги, використовуючи високовольтну ізоляцію між входом і виходом.
Крім того, пропускаючи або блокуючи цей світловий сигнал, він діє як перемикач. Детальний принцип та механізм будуть пояснені пізніше, але світловипромінюючим елементом оптопари є світлодіод (світлодіод).
З 1960-х по 1970-ті роки, коли були винайдені світлодіоди та їхні технологічні досягнення були значними,оптоелектронікастав бумом. У той час різніоптичні пристроїбули винайдені, і фотоелектричний відгалужувач був одним із них. Згодом оптоелектроніка швидко проникла в наше життя.
① Принцип/механізм
Принцип роботи оптопари полягає в тому, що світловипромінювальний елемент перетворює вхідний електричний сигнал на світло, а світлоприймальний елемент передає світловий сигнал назад до вихідного кола. Світловипромінювальний елемент та світлоприймальний елемент знаходяться всередині блоку зовнішнього світла та розташовані один навпроти одного для передачі світла.
Напівпровідником, що використовується у світловипромінюючих елементах, є світлодіод (LED). З іншого боку, існує багато видів напівпровідників, що використовуються у світлоприймальних пристроях, залежно від середовища використання, зовнішніх розмірів, ціни тощо, але загалом найчастіше використовується фототранзистор.
У неробочому стані фототранзистори проводять мало струму, ніж звичайні напівпровідники. Коли світло падає на них, фототранзистор генерує фотоелектрорушійну силу на поверхні напівпровідника P-типу та напівпровідника N-типу, дірки в напівпровіднику N-типу перетікають в p-область, вільні електрони напівпровідника в p-області перетікають в n-область, і струм протікає.
Фототранзистори не такі чутливі, як фотодіоди, але вони також мають ефект посилення вихідного сигналу в сотні-1000 разів порівняно з вхідним (завдяки внутрішньому електричному полю). Тому вони достатньо чутливі, щоб вловлювати навіть слабкі сигнали, що є перевагою.
Фактично, «блокатор світла», який ми бачимо, — це електронний пристрій з тим самим принципом і механізмом.
Однак, світлопереривники зазвичай використовуються як датчики та виконують свою роль, пропускаючи світлоблокувальний об'єкт між світловипромінювальним елементом та світлоприймаючим елементом. Наприклад, їх можна використовувати для виявлення монет та банкнот у торговельних автоматах та банкоматах.
② Особливості
Оскільки оптрон передає сигнали через світло, ізоляція між вхідною та вихідною сторонами є важливою характеристикою. Висока ізоляція не схильна до впливу шуму, а також запобігає випадковому протіканню струму між сусідніми ланцюгами, що надзвичайно ефективно з точки зору безпеки. А сама структура є відносно простою та розумною.
Завдяки своїй довгій історії, багатий асортимент продукції різних виробників також є унікальною перевагою оптопар. Оскільки немає фізичного контакту, знос між деталями невеликий, а термін служби довший. З іншого боку, є також характеристики, що світлова ефективність легко коливається, оскільки світлодіод повільно погіршується з плином часу та зміною температури.
Особливо, коли внутрішні компоненти прозорого пластику протягом тривалого часу каламутніють, вони не можуть забезпечити дуже гарне освітлення. Однак, у будь-якому випадку, термін служби контакту занадто довгий порівняно з механічним контактом.
Фототранзистори, як правило, повільніші за фотодіоди, тому вони не використовуються для високошвидкісного зв'язку. Однак це не є недоліком, оскільки деякі компоненти мають схеми підсилення на виході для збільшення швидкості. Насправді, не всі електронні схеми потребують збільшення швидкості.
③ Використання
Фотоелектричні з'єднувачів основному використовуються для комутаційних операцій. Схема буде ввімкнена вмиканням перемикача, але з точки зору вищезазначених характеристик, особливо ізоляції та тривалого терміну служби, вона добре підходить для сценаріїв, що вимагають високої надійності. Наприклад, шум є ворогом медичної електроніки та аудіообладнання/комунікаційного обладнання.
Він також використовується в системах приводу двигунів. Причина полягає в тому, що швидкість двигуна контролюється інвертором під час його роботи, але він генерує шум через високу вихідну потужність. Цей шум не тільки призведе до відмови самого двигуна, але й до протікання через «землю», впливаючи на периферійні пристрої. Зокрема, обладнання з довгою проводкою легко вловлює цей шум високої вихідної потужності, тому, якщо це трапляється на заводі, це призведе до великих втрат, а іноді й до серйозних аварій. Використовуючи високоізольовані оптопари для комутації, можна мінімізувати вплив на інші схеми та пристрої.
По-друге, як вибрати та використовувати оптопари
Як правильно використовувати оптопару для застосування в розробці продукту? Наступні інженери-розробники мікроконтролерів пояснять, як вибрати та використовувати оптопари.
① Завжди відкривати і завжди закривати
Існує два типи оптопар: тип, у якому ключ вимикається (вимикається), коли не подається напруга, тип, у якому ключ вмикається (вимикається) при подачі напруги, і тип, у якому ключ вмикається, коли напруга відсутня. Подають напругу та вимикають її при подачі напруги.
Перший називається нормально розімкнутим, а другий — нормально замкнутим. Як вибрати, по-перше, залежить від того, яка саме схема вам потрібна.
② Перевірте вихідний струм та прикладену напругу
Оптрони мають властивість підсилювати сигнал, але не завжди пропускають напругу та струм за бажанням. Звичайно, це номінально, але з вхідного боку потрібно подавати напругу відповідно до бажаного вихідного струму.
Якщо ми подивимося на технічний паспорт продукту, ми побачимо діаграму, де вертикальна вісь – це вихідний струм (струм колектора), а горизонтальна – вхідна напруга (напруга колектор-емітер). Струм колектора змінюється залежно від інтенсивності світла світлодіода, тому подайте напругу відповідно до бажаного вихідного струму.
Однак, ви можете подумати, що розрахований тут вихідний струм напрочуд малий. Це значення струму, яке все ще можна надійно видавати з урахуванням погіршення стану світлодіода з часом, тому воно менше за максимальне значення.
Навпаки, бувають випадки, коли вихідний струм невеликий. Тому, вибираючи оптрон, обов'язково ретельно перевірте «вихідний струм» і виберіть виріб, який йому відповідає.
③ Максимальний струм
Максимальний струм провідності – це максимальне значення струму, яке оптрон може витримувати під час проведення. Знову ж таки, перед покупкою нам потрібно переконатися, що ми знаємо, яка вихідна напруга потрібна проекту та яка вхідна напруга. Переконайтеся, що максимальне значення та використовуваний струм не є обмеженнями, але є певний запас.
④ Правильно встановіть оптопару
Вибравши правильний оптрон, давайте використаємо його в реальному проекті. Сама установка проста, просто підключіть клеми, підключені до кожного вхідного кола та вихідного кола. Однак слід бути обережним, щоб не переплутати вхідну та вихідну сторони. Тому також необхідно перевірити символи в таблиці даних, щоб після нанесення малюнка на друковану плату не виявити, що ніжка фотоелектричного з'єднувача неправильна.
Час публікації: 29 липня 2023 р.